Virologie, Uncoating

Uncoating (engl. Entkleidung) bezeichnet in der Virologie einen komplexen Prozess der zum Freisetzen der genomischen Nucleinsäure aus Kapsid und Virushülle führt. Dieser streng regulierte, mehrstufige, molekulare Prozess erfolgt innerhalb des Zytoplasmas infizierter Zellen vor dem Eintritt des viralen Genoms in den Zellkern (Kilcher S et al. 2015). Die virale Penetration in die Wirtszelle und das Uncoading gehen häufig nahtlos ineinander über. Nach dem Uncoating-Prozeß liegt das Virus-Genom jedoch nicht nackt, sondern meist assoziiert mit Proteinen im Cytoplasma oder Zellkern vor.

Die meisten Viruskapside werden während ihrer Morphogenese aus regulären Kapsomer-Einheiten zusammengesetzt, die zu spiralförmigen oder ikosaeder Strukturen führen. Unabhängig von ihrer Architektur besitzen alle Viruskapside eine eingebaute Kapazität für „Disassembly“, d.h. zur Demontage der Kapsidstruktur, die auch als strukturelle Metastabilität bezeichnet wird (Helenius A 2018).  Konzeptionell sind Virionmorphogenese und Uncoating inverse Reaktionen. Die Fähigkeit von Viren, solche gegensätzlichen Reaktionen durchzuführen, wird auch als "Montage-Uncoating-Paradoxon" bezeichnet.

Virusgenome werden kondensiert und in stabile proteinhaltige Kapsiden verpackt, die sie während des Transports von einer Zelle oder einem Wirtsorganismus zur nächsten schützen. Während des Viruseintritts (Penetration) werden Kapsid-Hüllen in dem komplexen, streng regulierten, mehrstufigen Uncoading-Prozess demontiert.

Je nach Virus erfolgt das Uncoating

• a) direkt an der Zelloberfläche der Wirtszelle durch Fusion von Plasma und Virushülle (bei Paramyxoviren, Retroviren)
• b) nach Aufnahme der Viruspartikel in Endosomen durch Fusion von Endosomenmembran der Wirtszelle und Virushülle bei saurem pH-Wert (bei Influenzaviren)
• c) bei nichtumhüllten Viren nach Endozytose in den Endosomen und an der Kernmembran der Wirtszelle (z.B. bei Adenoviren) oder in Lysosomen (bei Reoviren).

DNA-haltige Viren hingegen müssen ihr Genom unbeschadet durch das Zytoplasma bis mindestens an die Kernmembran bringen. Dort entlassen sie ihre DNA durch die Poren der Membran in den Nukleus. Die leere Proteinhülle zerfällt (Hof H et al. 2019) .  

Da die Freisetzung von Genomen ein kritischer Schritt im Lebenszyklus jedes Virus und eine Voraussetzung für die Genomreplikation ist, kann das Verständnis der molekularen Details von Viruskapsid-Demontage- und Genom-Lieferprogrammen neue Wirkstoffziele und therapeutische Möglichkeiten aufzeigen. So blockieren beispielsweise M2-Hemmer (z.B. Amantadin oder Rimantadin) das für das Uncoating des Influenza-A-Virus notwendige Membranprotein M2.

1. Arhel N (2010) Revisiting HIV-1 uncoating. Retrovirology 7:96.
2. Helenius A (2018) Virus Entry: Looking Back and Moving Forward. J Mol Biol  430:1853-1862.
3. Hof H et al. (2019). Allgemeine Virologie. In: Hof H, Schlüter D, Dörries R, Hrsg. Duale Reihe Medizinische Mikrobiologie. 7., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage. Stuttgart: Thieme S 173-181
4. Kilcher S et al. (2015) DNA virus uncoating. Virology 479-480:578-590.
5. Yamauchi Y(2020) . Influenza A virus uncoating. Adv Virus Res 106:1-38.